Batteriezell-Forschung: ProZell stellt Ergebnisse vor

Im Kompetenzcluster ProZell forschen Wissenschaftler in Deutschland seit 2016 an einzelnen Prozessschritten zur Produktion von Batteriezellen. In einem Ergebnisbericht fasst das Cluster seine wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Förderphase zusammen.

An der ersten Förderphase des Kompetenzclusters arbeiteten zwölf Projektpartner zusammen, um Grundlagen für den Aufbau einer leistungsstarken und kostengünstigen Batteriezellproduktion zu schaffen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bezuschusste die von 2016 bis 2019 reichende Auftaktphase mit 16 Millionen Euro. Als herausragende Ergebnisse bezeichnet das Cluster allen voran die Entwicklung „dicker“ Elektroden mit maßgeschneiderter Mikrostruktur, bei denen die Wissenschaftler eine deutliche Verbesserung der Energieeigenschaften erreichten. Außerdem ist es gelungen, neue Prozesstechniken – konkret die Direktextrusion und Trockenbeschichtung – zu kreieren, die bei der Elektrodenherstellung mit sehr geringem oder ganz ohne Lösungsmittel auskommen. „Dadurch kann zukünftig eine deutliche Senkung von Energiekosten und eine deutliche Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks erreicht werden“, schreiben die Forscher in ihrem Ergebnisbericht.

Als weiteren wichtigen Fortschritt bezeichnet das Cluster ein innovatives Vorhersagemodell, das zu einer Erhöhung der Prozesseffizienz beitragen und Ausschuss verringern könne. Und: „Viele Prozesse konnten mitunter um mehr als 50 Prozent beschleunigt und die Kosten in einzelnen Prozessschritten um mehr als 20 Prozent gesenkt werden.“ Es sei gelungen, das gesamtheitliche Verständnis des Produktionsprozesses zu vertiefen. Neben etablierten Prozesswegen hat das Forscherteam nach eigenen Angaben auch neue, stark explorative Prozesswege erforscht.

Ein kurzer Blick auf die einzelnen Projekte: In KonSuhl und MultiDis beschäftigten sich Forscher mit einer neuartigen Mischtechnik für Batteriematerialien. Das Projekt HighEnergy widmete sich der Erforschung von dickeren und strukturierten Elektroden, um neuartige Hochenergie-Batteriezellen zu entwickeln, das Projekt HiLo erarbeitete technologische Ansätze, um umweltfreundliche Hochenergie-Kathoden zu fertigen. In LoCoTroP wurde der Grundstein für eine neuartige Trockenbeschichtungstechnologie gelegt, in ProKal ging es darum, wie Hochenergieelektroden optimal gewalzt werden, und in Roll-It um eine neuartige Nachtrocknungstechnik. Das Projekt Cell-Fi optimierte den Befüllschritt einer Batteriezelle mit flüssigem Elektrolyten. OptiZell untersuchte das erste Aufladen einer Batteriezelle nach ihrer Herstellung und im Zuge von Sim2Pro wurden mathematische Modelle entwickelt, um den Einfluss der Batterieproduktion auf die Eigenschaften der Batteriezelle zu beschreiben. Das Projekt QS-Zell entwickelte Methoden zur Qualitätssicherung und das Begleitprojekt EMKoZell unterstützte die Forschungsarbeiten mit einer Ergebnisdatenbank und sorgte für enge Kooperation und Vernetzung der einzelnen Projekte.

Inzwischen ist das Kompetenzcluster ProZell in seine zweite Förderphase übergegangen. Im Rahmen von 15 Forschungsprojekten und einem Begleitprojekt arbeiten nun 32 Forschungseinrichtungen und Institute an 15 Standorten zusammen. Koordiniert wird das Cluster von Professor Arno Kwade von der TU Braunschweig. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt dafür nochmals rund 35 Millionen Euro zur Verfügung.

„Wir wollen mit unserer Forschung in ProZell intensiv zum BMBF-Dachkonzept ,Forschungsfabrik Batterie‘ beitragen und eine erfolgreiche Massenproduktion von Batteriezellen in Deutschland etablieren“, so Professor Kwade. „Wir demonstrieren schon heute, was im Labor-und Pilotmaßstab alles erfolgreich möglich ist“, betont er. „Jetzt gilt es, das Gelernte in die Praxis zu überführen.“

Zu den aktuellen 15 Partnern gehören die TU Braunschweig, das Karlsruher Institut für Technologie, die Hochschule Landshut, die TU Berlin, die TU Clausthal, die TU Bergakademie Freiberg, das Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, das Deutsche Zentrum für Luft-und Raumfahrt via des Helmholtz-Instituts Ulm, die Universität Ulm, die RWTH Aachen, die TU Dresden, die TU München, die WWU Münster via des MEET Batterieforschungszentrum Münster, die Fraunhofer-Gesellschaft und das Forschungszentrum Jülich via des Helmholtz-Instituts Münster.
haw-landshut.de, werkstofftechnologien.de (Bericht als PDF), prozell-cluster.de